專利名稱：自動調芯型自行車轉軸的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自動調芯型自行車轉軸，其是一種運用在自行車上的轉軸設計，藉該設計可在組裝時能夠讓轉軸與軸孔間自動調整至最佳的相對位置，而能夠運用在自行車花轂、天心軸及踏板等具有轉軸的位置處，藉以提升自行車的品級。
為便于說明，于本說明書中以自行車前后花轂的轉軸結構為例作說明，特別是指一般(傳統(tǒng))自行車花轂轉軸構造(使用機械軸承者除外)；傳統(tǒng)構造的花轂軸，其轉動主要靠兩端的珠碗、鋼珠、及壓珠件三者形成，而整個花轂軸體的轉動好壞與否，是依各零件及花轂頭、轉軸等的精度與組裝的技術有極大關系。請配合參看圖9及


圖10所示傳統(tǒng)型花轂與轉軸的構造圖。
基本上傳統(tǒng)的花轂軸體包括花轂頭70、轉軸80與鋼珠90，在花轂頭70中設有一貫穿的軸孔(未予標號)，于該軸孔的兩端分別設置有一體成型或分別制造完成后相結合成一體的珠碗72，轉軸80兩端設置成螺紋端82，而可在轉軸80相對于花轂頭70珠碗72的位置配合固定螺帽84組裝設置有壓珠件86，并將適當數量的鋼珠90夾設于珠碗72與壓珠件86之間，藉以提供轉軸80適切的支承，并可讓轉軸80與花轂頭70間作順暢的旋轉動作。
一般傳統(tǒng)造型的花轂頭依制造商及等級的不同，概略可由其碗部形狀的不同而作區(qū)別，于
圖11、
圖12、
圖13、
圖14中分別顯示出四種不同的前、后花轂頭70的珠碗72部份形狀與結構(其中a為后花轂頭、b為前花轂頭)，該等花轂頭70的珠碗72在形狀與結構上雖有差異，但其所能夠提供的基本功能卻是完全相同的。
為了解前述傳統(tǒng)型花轂軸體的缺點，以下乃針對其結構性的問題作進一步說明
傳統(tǒng)型花轂軸體及各零件在其制造時與組裝時，在兩端的珠碗72、鋼珠90、壓珠件86等皆很難達到對準轉軸80中心線99的理想精密度，故整個花轂軸體在轉動上歸納有以下三點缺點一.轉動不均勻及不順滑。
二.轉動接觸面(珠碗內面、壓珠面與鋼珠的轉動軌圈)磨損不均。
三.組裝時緊度不易控制而達到均一標準(需靠經驗豐富的師傅組裝)。
將前述轉動不良的缺點進行分析歸納后可知，造成該等轉動缺點的原因包括一.各零件加工精度低，及經熱處理時產生的變形。
二.各零件組裝后的偏差(尤其多件式花轂頭70與珠碗72之間偏差特大)。
三.鋼珠滾動處的零件，含珠碗72及壓珠件86無經過精磨加工，很難達到轉動順滑的品級及壽命。
在前述第一、三項原因所造成的缺點，可在個別零件制程上要求作到某種精度的零件水準，在不同成本下生產出不同高低的品級，但在第二項原因所造成偏差缺點時，基于整體架構設計上的需求，各零件組裝后產生的偏位則難以避免。
由
圖15兩端珠碗72組裝后不同偏位的示意圖觀之，其中
圖15a中所示是花轂軸體兩端的珠碗72中心線99偏位，
圖15b中所示是花轂軸體兩端的珠碗72中心線99相交叉，
圖15c中所示是花轂軸體兩端的珠碗72中心線99偏位且相交叉(即
圖15a及
圖15b中所示的綜合狀況)，所有偏差情形都可歸類
圖15中所示的a、b、c三類的不同偏位情形。
以
圖15的a、b、c歸類的三種偏位的情形來看，則在花轂頭70與轉軸80等零件組裝成一整個花轂軸體(如圖9一體成型花轂頭或
圖10多件式花轂頭)時，因兩端的珠碗72偏位不在整個花轂軸體的同一中心線99上理想的位置條件，故必定組裝成轉動不均不順滑，及組裝時緊度控制困難等問題產生，此即是前述花轂軸體的轉動不良缺點。
本創(chuàng)作人有鑒于現有的此類自行車轉軸在結構設計上所面臨的問題，乃針對其原因進行深入的研究，并致力加以改進，經不斷的研究與嘗試后終于開發(fā)出了能夠解決傳統(tǒng)自行車轉軸在結構上所造成的問題。
本實用新型的主要目的在于提供一種自動調芯型自行車轉軸，其主要是于穿設轉軸的軸孔兩端分別設置有半球面型珠碗，以該半球面型珠碗與轉軸兩端的壓珠件相配合來夾持壓制鋼珠，藉該半球面型珠碗的設置，可在轉軸組裝定位后由鋼珠本身的受力在半球面型珠碗中定位于最恰當的位置，亦即藉該半球面型珠碗的設置，可以提供轉軸自動調整中心線的功能，讓轉軸能夠自動調整至最佳的支承位置。
本實用新型的技術方案在于提供一種自動調芯型自行車轉軸，其特征在于，在穿設轉軸的軸孔兩端分別設置有半球面型珠碗，以該半球面型珠碗與轉軸兩端的壓珠件相配合來夾持組裝鋼珠，藉此，可在轉軸組裝定位后由鋼珠本身的受力在半球面型珠碗中定位于最恰當的位置，而可藉以提供轉軸自動調整中心線，并達最佳的支承位置。
在上述的自動調芯型自行車轉軸中，穿設轉軸的軸孔可設置于花轂頭中，并于該軸孔兩端設置有半球面型珠碗，在花轂頭中穿設組裝有一轉軸，該轉軸的兩端分別設置成螺紋端，并分別配合固定螺帽組裝有一壓珠件，并于該壓珠件與珠碗間夾設組裝有鋼珠；穿設轉軸的軸孔也可設置于自行車天心軸處，并于該軸孔兩端設置有半球面型珠碗，在天心軸處穿設組裝有一轉軸，該轉軸的兩端分別設置有一壓珠件，并于該壓珠件與珠碗間夾設組裝有鋼珠；而且，穿設轉軸的軸孔還可設置于踏板中，并于該軸孔兩端設置有半球面型珠碗，在踏板中穿設組裝有一轉軸，該轉軸的兩端分別設置有一壓珠件，并于該壓珠件與珠碗間夾設組裝有鋼珠。
本實用新型與已有技術相比優(yōu)點和積極效果非常明顯。由以上的技術方案可知，傳統(tǒng)的自行車轉軸均是以盤狀的珠碗與相對造型的壓珠件來夾持組裝鋼珠，亦即其組裝完成后鋼珠的排列平面完全取決于珠碗與壓珠件的相對角度，只要是珠碗與壓珠件間的相對角度或位置有任何偏位，其鋼珠即無法提供完美的軸承效果，以本實用新型的設計則可由半球面型珠碗12提供一份自動調芯的補償效果，而讓鋼珠排列的平面自動調整至與轉軸20中心線40垂直的平面上，而能夠提供轉軸20最理想的支承效果。
以本實用新型的結構配置，其不單能夠運用到前述說明中所述的花轂軸體實施例中，亦能夠以相同的技術手段及知識運用至圖7的自行車天心軸及圖8的自行車踏板等具有轉軸的位置處，而能夠獲得轉動均勻，順滑無聲的轉軸功能并提高商品品級。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的具體結構特征及目的。
附圖簡要說明
圖1是本實用新型運用在自行車一體成型花轂頭中的較佳實施例部份剖視示意圖。
圖2是本實用新型運用在自行車多件式花轂頭中的較佳實施例部份剖視示意圖。
圖3是本實用新型以沖壓制成的半球面型珠碗與壓珠件相配合的分解示意圖。
圖4是本實用新型花轂頭兩端珠碗組裝無偏差時鋼珠正確位置圖與壓珠件的鋼珠位置圖。
圖5是本實用新型花轂頭一側的半球面型珠碗放大示意圖。
圖6是本實用新型半球面型珠碗組裝后自動調芯的狀態(tài)示意圖。
圖7是本實用新型運用在自行車天心軸處的較佳實施例剖視示意圖。
圖8是本實用新型運用在自行車踏板處的較佳實施例剖視示意圖。
圖9是傳統(tǒng)一體成型花轂頭的組合剖視結構示意圖。
圖10是傳統(tǒng)多件式花轂頭的組合剖視結構示意圖。
圖11～
圖14是各種不同型式的傳統(tǒng)式花轂軸體珠碗結構剖視圖。
圖15是傳統(tǒng)花轂軸體兩端珠碗產生不同型式偏位的狀態(tài)示意圖。
請配合參看本實用新型
圖1、圖2所示，其是將本實用新型的自動調芯型自行車轉軸搭配組裝在自行車花轂頭10中的較佳實施例示意圖，其中可以見到本實用新型的整體結構配置與傳統(tǒng)的自行車花轂軸體雷同，其是于花轂頭10中設有一貫穿的軸孔(未予標號)，并于該軸孔兩端設置有珠碗12，在花轂頭10中穿設組裝有一轉軸20，該轉軸20的兩端分別設置成螺紋端22，并分別配合固定螺帽24組裝有一壓珠件26，并于該壓珠件26與珠碗12間夾設組裝有鋼珠30，惟由圖中可以見到本實用新型的珠碗是一半球面型的珠碗12，其不同于傳統(tǒng)的圓盤狀珠碗，此即是本實用新型的設計重點所在。
配合圖3的本實用新型以沖壓制成的半球面型珠碗12與壓珠件26相配合的分解示意圖觀之，其中可以見到在該壓珠件26上所設置供鋼珠30的環(huán)狀壓珠面(未標號)與傳統(tǒng)的壓珠件相同，是呈一環(huán)狀面，但本實用新型的珠碗12則呈一半球面型，此即使得壓珠件26將鋼珠30夾設組裝定位時，其壓珠件26與珠碗12間的相對位置可依鋼珠30受力的方向及角度自行作調整，并可在呈半球面型的珠碗12中移動至最理想的位置，在該位置可以讓鋼珠30排列的平面自動對正至與轉軸20中心線40相垂直的平面上，而能夠提供轉軸20最佳的支承效果，并讓鋼珠30擁有最均勻最滑順的運轉狀況。
以下乃就半球面型的珠碗12與鋼珠30接觸點的理論作說明圖4的左圖表示花轂頭兩端半球面型珠碗12與鋼珠30接觸點的正常正確狀態(tài)，右圖表示壓珠件26與鋼珠30接觸點的位置，即以接觸點θ所形成的等邊三角形必呈現相同的尺寸大小。即Δoab＝Δo′a′b′＝Δo″a″b″(壓珠件)但假設各球面半徑γ相同，與接觸角θ亦相同。
γ＝γ′＝γ″θ＝θ′＝θ″茲先說明鋼珠接觸角θ與花轂頭荷重受力關系。配合圖5的花轂頭一側的半球面型珠碗12放大示意圖觀之，假設一個花轂頭垂直荷重有2W時，加于單側鋼珠30的受力即為W，如示意圖所示，γ為球面半徑，θ即為鋼珠30與球面的接觸角。其接觸角θ值一般在20～30°內較為適當，如接觸角θ超過30°時鋼珠30的壓力及壓珠件26的受力將會增大甚多，而減短鋼珠30及壓珠件26的壽命，故較不適用。鋼珠30與壓珠件26的受壓力可由下列公式得知；Wγ＝W/CosθWs＝Wxtanθ此處Wr＝鋼珠的壓力＝壓珠件的受力
Ws＝花轂頭軸向的壓力以本實用新型的結構配置，當花轂頭與轉軸發(fā)生
圖15b所發(fā)生的偏差缺點時，半球面型珠碗12可自動調整鋼珠30接觸點，而得出“新的軸中心線40”并可得到如前述圖4的正確位置狀態(tài)，即自動調芯后變成轉動均勻順滑的狀態(tài)。
本實用新型的自動調整方式可配合圖6來說明如在
圖15a、b、c中所顯示不同的偏差情形，以本實用新型的半球面型珠碗12作取代，即可得到圖6a、b、c的左側圖式所示的情形，因兩端有偏位情形之故，半球面型珠碗12的位置與方向，皆不在圖4中所示正常的正確位置。但此時可由兩端半球面型珠碗30)的球心點O-O′點自動形成新中心線40，同時亦由珠碗12球心點對新形成的O-O′新中心線40自行調整鋼珠30的接觸點x-y或x′-y′點。由于珠碗12內面呈半球面，當然可維持下列關系Δoxy＝ΔoabΔo′x′y′＝Δo′a′b′此時仍假設球面半徑γ＝γ′鋼珠接觸角θ＝θ′故鋼珠接觸點x-y點或x′-y′點之處，無論其珠碗12有任何情形的偏差(接觸點θ設定在20～30°最佳范圍內時，有新中心線40可自行調芯的角度α可達5～10°)，均能補救其誤差，而且可得到下列三點結論一.自動形成o-o′新中心線40。
二.并維持其Δoxy及Δo′x′y′新形成的相同等且三角形位置。
三.x-y及x′-y′點處的鋼珠30接觸點為等距，并與新o-o′中心線40成垂直90°角位置。
由此三點結論而達到本實用新型具有自動調芯的功能。
以上是鋼珠30與珠碗12半球面接觸點的理論說明，此時仍假設以轉軸20與壓珠件26組裝鎖緊后成為一體，且與圖6a、b、c中的Δoxy及Δo′x′y′三角形等形，且符合理論的準確度。但實際上轉軸20與壓珠件26是以螺合方式固定結合。當組裝結合至定位后在壓珠件26與轉軸20的中心線，與壓珠件26自身的中心，一定有些細微偏差產生。實際上這些細微偏差與珠碗12已有的偏差，在半球面上形成與半球形中心點O或O′點相吻合，此即可自行調整出很順暢的適配轉動(自動調芯功能)，這就是本實用新型的改良優(yōu)點的理論與實際應用。
由于本實用新型的珠碗12設計可以得到自動調芯的作用，而克服傳統(tǒng)自行車轉軸偏位的缺點，并獲致轉動均勻的轉軸，故而能夠在本實用新型的結構基礎之下對轉軸兩端的珠碗12、壓珠件26及鋼珠30等零件的尺寸，精密度作到研磨面以上的加工精密表面，即可得到相同于軸承ABEC1級以上的轉動順滑的軸承功能，同時可提升自行車整體的品級。
權利要求1.一種自動調芯型自行車轉軸，其特征在于，在穿設轉軸的軸孔兩端分別設置有半球面型珠碗，以該半球面型珠碗與轉軸兩端的壓珠件相配合來夾持組裝鋼珠。
2.根據權利要求1所述的自動調芯型自行車轉軸，其特征在于其中穿設轉軸的軸孔是設置于花轂頭中，并于該軸孔兩端設置有半球面型珠碗，在花轂頭中穿設組裝有一轉軸，該轉軸的兩端分別設置成螺紋端，并分別配合固定螺帽組裝有一壓珠件，并于該壓珠件與珠碗間夾設組裝有鋼珠。
3.根據權利要求1所述的自動調芯型自行車轉軸，其特征在于其中穿設轉軸的軸孔是設置于自行車天心軸處，并于該軸孔兩端設置有半球面型珠碗，在天心軸處穿設組裝有一轉軸，該轉軸的兩端分別設置有一壓珠件，并于該壓珠件與珠碗間夾設組裝有鋼珠。
4.根據權利要求1所述的自動調芯型自行車轉軸，其特征在于其中穿設轉軸的軸孔是設置于踏板中，并于該軸孔兩端設置有半球面型珠碗，在踏板中穿設組裝有一轉軸，該轉軸的兩端分別設置有一壓珠件，并于該壓珠件與珠碗間夾設組裝有鋼珠。
專利摘要本實用新型涉及一種自動調芯型自行車轉軸,其主要是于穿設轉軸的軸孔兩端分別設置有半球面型珠碗,其可與轉軸兩端的壓珠件相配合來夾持壓制鋼珠,藉該半球面型珠碗的設置,可在轉軸組裝定位后由鋼珠本身的受力在半球面型珠碗中定位于最恰當的位置,而可藉以提供轉軸自動調整中心線,并達最佳的支承位置。
文檔編號F16C3/02GK2390047SQ9924375
公開日2000年8月2日 申請日期1999年8月24日 優(yōu)先權日1999年8月24日
發(fā)明者莊文龍 申請人:莊文龍